DE102017109614B4 - Process for solution annealing a casting - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Lösungsglühen eines Gussteils bestehend aus einer Gusslegierung auf Aluminium-Siliziumbasis, das Verfahren umfassend eine Lösungsbehandlung des Gussteils oberhalb einer beginnenden Schmelztemperatur in den folgenden Schritten:Erhitzen des Gussteils auf eine erste Temperatur von 495 °C für eine erste Zeitspanne von 3 Stunden;Erhitzen des Gussteils auf eine zweite Temperatur von 515 °C für eine zweite Zeitspanne von 3 Stunden; undErhitzen des Gussteils auf eine dritte Temperatur von 530 °C für eine dritte Zeitspanne von 2 Stunden; undwobei die Gusslegierung eine Zusammensetzung mit folgenden Gewichtsanteilen beinhaltet:von 5,00 % bis 17,00 % Silizium (Si);von 0,00 % bis 0,90 % Eisen (Fe);von 0,00 % bis 1,00 % Mangan (Mn);von 0,000 % bis 0,018 % Strontium (Sr);von 0,00 % bis 2,00 % Kupfer (Cu);von 0,00 % bis 0,50 % Magnesium (Mg);von 0,00 % bis 0,05 % Zink (Zn);von 0,01 % bis 0,10 Bor (B); undeinen Rest aus Aluminium (Al).Method for solution annealing a casting consisting of an aluminum-silicon-based casting alloy, the method comprising solution treatment of the casting above an incipient melting temperature in the following steps: heating the casting to a first temperature of 495 ° C for a first period of 3 hours; heating the casting to a second temperature of 515°C for a second period of 3 hours; andheating the casting to a third temperature of 530°C for a third period of 2 hours; andwherein the cast alloy includes a composition with the following proportions by weight:from 5.00% to 17.00% silicon (Si);from 0.00% to 0.90% iron (Fe);from 0.00% to 1.00% manganese (Mn); from 0.000% to 0.018% strontium (Sr); from 0.00% to 2.00% copper (Cu); from 0.00% to 0.50% magnesium (Mg); from 0.00 % to 0.05% zinc (Zn); from 0.01% to 0.10 boron (B); anda remainder of aluminum (Al).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Lösungsglühen eines Gussteils bestehend aus einer Gusslegierung auf Aluminium-Siliziumbasis.The present disclosure relates to a method for solution annealing a casting consisting of an aluminum-silicon-based casting alloy.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.The statements in this section merely provide background information pertaining to the present disclosure and may or may not reflect the prior art.
Al-Si-basierte Aluminiumgusslegierungen finden aufgrund der guten Gießbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, maschinellen Bearbeitbarkeit und des hohen Festigkeits-GewichtsVerhältnisses weit verbreitete Anwendungsmöglichkeiten für Bauteile in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie. Hinsichtlich der Gießbarkeit wurde angenommen, dass Legierungszusammensetzungen mit einem niedrigeren Siliziumgehalt aufgrund eines breiteren Gefrierbereichs und der reduzierten Latentwärme inhärent schlechte Gussteile erzeugen. Alternativ dazu werden Legierungszusammensetzungen mit einem höheren Siliziumgehalt zunehmend schwieriger zu bearbeiten und weisen aufgrund gröberer primärer Siliziumteilchen eine geringere Duktilität und Bruchzähigkeit auf. Im Allgemeinen basiert die Aluminiumlegierungsgießleistung auf mehreren Faktoren, einschließlich der Legierungszusammensetzung, den Gieß- und Erstarrungsbedingungen und dem Nachgussverfahren oder der Wärmebehandlung.Al-Si-based cast aluminum alloys find widespread applications for components in the automotive, aerospace and aerospace industries due to their good castability, corrosion resistance, machinability and high strength-to-weight ratio. Regarding castability, alloy compositions with lower silicon content were believed to produce inherently poor castings due to a wider freezing range and reduced latent heat. Alternatively, alloy compositions with higher silicon content become increasingly difficult to machine and exhibit lower ductility and fracture toughness due to coarser primary silicon particles. In general, aluminum alloy casting performance is based on several factors including alloy composition, casting and solidification conditions, and post-casting process or heat treatment.
Beim Versuch, die Verwendungsmöglichkeiten von Aluminiumlegierungen in zusätzlichen Anwendungsbereichen zu erweitern oder zu verbessern, um die Vorteile, der Aluminiumlegierungen auszuschöpfen, erwiesen sich die bisherigen Aluminiumlegierungsgusszusammensetzungen und -verfahren bei Hochtemperaturanwendungen als erfolglos. Das überwältigende Problem bei der Verwendung von Aluminiumlegierungsgussteilen bei Hochtemperaturanwendungen ist die Tendenz, dass das Material die Eigenschaften während des Betriebs verändert. Bei der Konstruktion von Gussteilen für die besagten Anwendungen ist einer der wichtigsten Aspekte der Materialeigenschaften genau der, dass die Materialeigenschaften während des Betriebs unverändert bleiben. Zu diesem Zweck bieten jedoch derzeit verfügbare handelsübliche Aluminiumlegierungen keine solche Materialeigenschaftsstabilität.In attempting to expand or improve the uses of aluminum alloys in additional applications to exploit the benefits of aluminum alloys, previous aluminum alloy casting compositions and processes have proven unsuccessful in high temperature applications. The overwhelming problem with using aluminum alloy castings in high temperature applications is the tendency for the material to change properties during operation. When designing castings for these applications, one of the most important aspects of material properties is precisely that the material properties remain unchanged during operation. However, for this purpose, currently available commercial aluminum alloys do not offer such material property stability.
Dementsprechend besteht im Stand der Technik ein Bedarf für ein Herstellungsverfahren, das verbesserte anfängliche Materialeigenschaften aufweist, während die Materialeigenschaften während der gesamten Lebensdauer des Gussteils bei einer Hochtemperaturanwendung beibehalten oder stabilisiert werden.Accordingly, there is a need in the art for a manufacturing process that exhibits improved initial material properties while maintaining or stabilizing the material properties throughout the life of the casting in a high temperature application.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Lösungsglühen eines Gussteils bestehend aus einer Gusslegierung auf Aluminium-Siliziumbasis gemäß Anspruch 1 zur Verfügung. Die Gusslegierung weist eine Zusammensetzung auf, die einen Gewichtsanteil von 5,00 % bis 17,00 % Silizium (Si), von 0,00 % bis 0,90 % Eisen (Fe), von 0,00 % bis 1,00 % Mangan (Mn); von 0,000 % bis 0,018 % Strontium (Sr), von 0,00 % bis 2,00 % Kupfer (Cu), von 0,00 % bis 0,50 % Magnesium (Mg), von 0,00 % bis 0,05 % Zink (Zn), von 0,01 % bis 0,10 % Bor (B); und einen Rest aus Aluminium (Al) aufweist. In der vorliegenden Erfindung wird das Gussteil über eine anfängliche (beginnende) Schmelztemperatur lösungsbehandelt, indem das Gussteil für eine erste Zeitspanne auf eine erste Temperatur erhitzt wird, das Gussteil für eine zweite Zeitspanne auf eine zweite Temperatur erhitzt wird, und das Gussteil für eine dritte Zeitspanne auf eine dritte Temperatur erhitzt wird. In der vorliegenden Erfindung beträgt die erste Temperatur 495 °C und die erste Zeitspanne drei Stunden, die zweite Temperatur beträgt 515 °C und die zweite Zeitspanne drei Stunden und die dritte Temperatur beträgt 530 °C und die dritte Zeitspanne zwei Stunden.The present invention provides a method for solution annealing a casting consisting of an aluminum-silicon-based casting alloy according to claim 1. The cast alloy has a composition that has a weight proportion of 5.00% to 17.00% silicon (Si), 0.00% to 0.90% iron (Fe), 0.00% to 1.00% manganese (Mn); from 0.000% to 0.018% strontium (Sr), from 0.00% to 2.00% copper (Cu), from 0.00% to 0.50% magnesium (Mg), from 0.00% to 0.05 % zinc (Zn), from 0.01% to 0.10% boron (B); and has a residue of aluminum (Al). In the present invention, the casting is solution treated over an initial (beginning) melting temperature by heating the casting to a first temperature for a first period of time, heating the casting to a second temperature for a second period of time, and heating the casting to a third period of time is heated to a third temperature. In the present invention, the first temperature is 495°C and the first period is three hours, the second temperature is 515°C and the second period is three hours, and the third temperature is 530°C and the third period is two hours.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von 7,85 % bis 7,90 % Silizium und von 0,20 % bis 0,30 % Eisen.In another example of the present invention, the composition includes a weight level of from 7.85% to 7.90% silicon and from 0.20% to 0.30% iron.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von 0,00 % Strontium.In another example of the present invention, the composition includes a weight level of 0.00% strontium.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von 0,009 % Strontium.In another example of the present invention, the composition includes a weight level of 0.009% strontium.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von 0,40 % bis 0,41 % Eisen und von 0,00 % Strontium.In another example of the present invention, the composition includes a weight level of 0.40% to 0.41% iron and 0.00% strontium.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von mehr als 0,25 % Magnesium.In another example of the present invention, the composition includes a weight level of greater than 0.25% magnesium.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Zusammensetzung einen Gewichtsanteil von mehr als 1,50 % Kupfer.In another example of the present invention, the composition includes a weight level of greater than 1.50% copper.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Herstellen eines Gussteils ein Sandgussverfahren, ein permanentes Formgussverfahren, ein halb-permanentes Formgussverfahren, ein Hochdruckgussverfahren, ein Klemmgussverfahren und Schaumgussverfahren.In another example of the present invention, producing a casting includes a sand casting process, a permanent mold casting process, a semi-permanent mold casting process, a high pressure casting process, a clamp casting process, and foam casting processes.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung wird das Gussteil analysiert, um einen Siliziumteilchenvolumenanteil, eine mittlere Siliziumteilchengröße, einen unlöslichen intermetallischen Teilchenvolumenanteil, sowie eine unlösliche intermetallische mittlere Teilchengröße zu bestimmen.In another example of the present invention, the casting is analyzed to determine a silicon particle volume fraction, an average silicon particle size, an insoluble intermetallic particle volume fraction, and an insoluble intermetallic average particle size.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung wird das Gussteil bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 190 °C und innerhalb einer Zeitspanne von 6 bis 10 Stunden gealtert.In a further example of the present invention, the casting is aged at a temperature between 150 ° C and 190 ° C and within a period of 6 to 10 hours.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile, sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.The foregoing functions and advantages, as well as other functions and advantages of the present invention, will be apparent from the following detailed description of the best possible practice of the illustrated invention, taken in conjunction with the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 zeigt ein Diagramm, das die Raumtemperatur-Zugfestigkeit für unmodifiziertes 319 Al bei unterschiedlichen Wärmebehandlungen gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; -
2 zeigt ein Diagramm, das eine Zugfestigkeit von erhöhter Temperatur (250 °C) für unmodifiziertes 319 Al bei verschiedenen Wärmebehandlungen gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; -
3 zeigt eine Reihe von Mikrofotografien verschiedener Aluminium-Silizium-Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung; -
4 zeigt eine Reihe von Mikrofotografien verschiedener Aluminium-Silizium-Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung; -
5 zeigt eine Reihe von Mikrofotografien verschiedener Aluminium-Silizium-Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung; -
6 zeigt eine Reihe von Mikrofotografien verschiedener Aluminium-Silizium-Gussteile gemäß der vorliegenden Erfindung; -
7 zeigt ein Diagramm, das die Raumtemperatur-Zugfestigkeit des unmodifizierten 319 Al, Fe-modifizierten 319 Al und Sr-modifizierten 319 Al gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung durch eine Wärmebehandlung verarbeitet darstellt, und -
8 zeigt ein Diagramm, das die Raumtemperatur-Zugfestigkeit des unmodifizierten 319 Al, Fe-modifizierten 319 Al und Sr-modifizierten 319 Al aus Tabelle 1, welche gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung durch eine Wärmebehandlung verarbeitet wurden, darstellt.
-
1 Fig. 12 is a graph illustrating room temperature tensile strength for unmodified 319 Al under different heat treatments according to an example of the present invention; -
2 Fig. 12 is a graph illustrating an elevated temperature (250°C) tensile strength for unmodified 319 Al at various heat treatments according to an example of the present invention; -
3 shows a series of photomicrographs of various aluminum-silicon castings in accordance with the present invention; -
4 shows a series of photomicrographs of various aluminum-silicon castings in accordance with the present invention; -
5 shows a series of photomicrographs of various aluminum-silicon castings in accordance with the present invention; -
6 shows a series of photomicrographs of various aluminum-silicon castings in accordance with the present invention; -
7 Fig. 12 is a graph showing the room temperature tensile strength of the unmodified 319 Al, Fe-modified 319 Al and Sr-modified 319 Al processed by heat treatment according to an example of the present invention, and -
8th Fig. 12 is a graph showing the room temperature tensile strength of the unmodified 319 Al, Fe-modified 319 Al and Sr-modified 319 Al from Table 1, which were processed by heat treatment according to an example of the present invention.
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung in keiner Weise einschränken.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, application, or use in any way.
Wie bei den meisten Metallguss-Praktiken und Anwendungen hat die Mikrostruktur der Metalllegierung einen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Materials. Speziell bei der Behandlung von Al-Si-Legierungen sind die primären Gusspraktiken, die die Mikrostruktur beeinflussen, die Verfestigungsrate, die chemische Verunreinigungsmodifikation und die thermische Modifikation während der Wärmebehandlung. Für nahezu alle Zusammensetzungen ist die minimal erreichte erhöhte Temperaturfestigkeit, insbesondere nach langzeitiger erhöhter Temperaturbelastung, höher für Teile, die in Al-Si-Legierungen gegossen wurden, die keiner Lösungswärmebehandlung unterzogen wurden. Darüber hinaus sind höhere Volumenanteile von eutektischem Si eine weitere Möglichkeit, eine erhöhte Temperaturfestigkeit beizubehalten. Jedoch tragen sowohl die Abwesenheit einer Wärmebehandlung der Lösung als auch ein hoch eutektisches Si zu einer niedrigeren Wärmebehandlung und Raumtemperaturfestigkeit bei.As with most metal casting practices and applications, the microstructure of the metal alloy has a large influence on the mechanical properties of the material. Specifically, when treating Al-Si alloys, the primary casting practices that affect microstructure are solidification rate, chemical impurity modification, and thermal modification during heat treatment. For almost all compositions, the minimum increased temperature strength achieved, particularly after long-term elevated temperature exposure, is higher for parts cast in Al-Si alloys that have not been subjected to solution heat treatment. Additionally, higher volume fractions of eutectic Si are another way to maintain increased temperature strength. However, both the absence of solution heat treatment and highly eutectic Si contribute to lower heat treatment and room temperature strength.
Unter Bezugnahme auf die
Unter Bezugnahme auf
Als nächstes beinhaltet
Wie sich aus den obigen Ergebnissen schließen lässt, tendiert die Lösungsbehandlung von unmodifiziertem und Strontium-modifiziertem 319 Al zu einer ähnlichen Mikrostruktur von grobem, abgerundetem eutektischem Silizium. Allerdings sind 48 Stunden zu lang für die kommerzielle Herstellung von Gussteilen. Ein Weg zu der Mikrostruktur, der innerhalb von 48 Stunden Lösungsbehandlung erreicht wird, muss geschaffen werden.As can be concluded from the above results, solution treatment of unmodified and strontium-modified 319 Al tends to produce a similar microstructure of coarse, rounded eutectic silicon. However, 48 hours is too long for commercial casting production. A route to the microstructure that is achieved within 48 hours of solution treatment must be created.
Bei der Fortsetzung der Suche nach stabilen Aluminiumgussteilen in einer Hochtemperatur-Betriebsumgebung werden die Auswirkungen der Zusammensetzungsmodifikation und Lösungstemperatur auf die Mikrostruktur untersucht. Die nachstehende Tabelle 1 liefert die Zusammensetzungen von 319 Al mit Mangan (Mn), 319 Al mit Mn, modifiziert mit Strontium (Sr) und 319 Al mit Mn, modifiziert mit höherem Gehalt an Eisen (Fe). Tabelle 1: Probenzusammensetzung für 319 Al mit Modifikationen. 319 Al + Mn, 319 Al + Mn + Sr und 319 Al + Mn + Fe.
Unter Bezugnahme auf die
Zugfestigkeiten aus den Proben der
Die Zugfestigkeit der Proben aus den Tabellen 1 und 2, die anschließend für 200 Stunden bei 250 °C stabilisiert wurden, ist in
Ein Großteil der Hartteilchen in der Mikrostruktur, die Aggregathärte und -stärke erhöhen sich; insbesondere bei erhöhter Temperatur, wo die Härte und Festigkeit der Aluminiummatrix rasch abnimmt. Lösliche Phasen wie lösliche intermetallische Elemente und Verstärkungsausscheidungen erhöhen die Härte und Festigkeit nach langzeitiger erhöhter Temperaturbelastung nur geringfügig. Allerdings sind lösliche intermetallische Elemente und Verstärkungsausscheidungen bei der Herstellung sehr hilfreich. Beispielsweise sind Bearbeitungskräfte und Werkzeugverschleiß bei Aluminiumgussteilen mit höherer Härte im Allgemeinen niedriger. Somit ist das Beibehalten eines minimalen Aushärtungsgrades notwendig, um bei der Herstellung des bearbeiteten Gussteils zu helfen. Hinsichtlich der Langzeitbeständigkeit in einer erhöhten Temperatur- oder Zyklustemperaturumgebung ist ein optimaler Volumenanteil an Hartteilchen erforderlich, der die Härte und Festigkeit gegenüber der Duktilität und der Ermüdungsbeständigkeit ausgleicht. Der optimale Volumenanteil ist nicht für jede Gießentwurfsanwendung festgelegt, da Beladung, Bauteilgeometrie, Betriebstemperatur und Heizraten allesamt zur Bestimmung des optimalen Volumenanteils beitragen. Darüber hinaus trägt die Beschaffenheit der Hartteilchen, einschließlich der Härte, Größe, Form, des Abstandes und der Grenzflächenbindung an die Matrix auch zu den Informationen bei, die erforderlich sind, um den optimalen Volumenanteil der Hartteilchen festzulegen.A majority of the hard particles in the microstructure, the aggregate hardness and strength increase; especially at elevated temperatures, where the hardness and strength of the aluminum matrix decreases rapidly. Soluble phases such as soluble intermetallic elements and reinforcing precipitates only slightly increase the hardness and strength after long-term elevated temperature stress. However, soluble intermetallic elements and reinforcing precipitates are very helpful in manufacturing. For example, machining forces and tool wear are generally lower for aluminum castings with higher hardness. Thus, maintaining a minimum level of hardening is necessary to aid in the production of the machined casting. For long-term durability in an elevated temperature or cycling temperature environment, an optimal volume fraction of hard particles is required that balances hardness and strength against ductility and fatigue resistance. The optimal volume fraction is not fixed for every casting design application, as loading, part geometry, operating temperature, and heating rates all contribute to determining the optimal volume fraction. In addition, the nature of the hard particles, including hardness, size, shape, spacing, and interfacial bonding to the matrix, also contributes the information required to determine the optimal volume fraction of the hard particles.
Infolgedessen ist ein Mindestmaß an Ausscheidungshärtung erforderlich. In Aluminium-Silizium-Gusslegierungen kann eine ausreichende Härte mit Magnesium über 0,25 % oder Kupfer über 1,5 % oder einer Kombination beider entwickelt werden. Das Mg und Cu so niedrig wie praktisch möglich zu halten ist wichtig, da höhere Anteile zur Bildung von löslichen intermetallischen Elemente führen, die die Gießqualität verringern und das oben beschriebene Wärmebehandlungsverfahren durch die Blockierung des anfänglichen Schmelzens beeinträchtigen.As a result, a minimum level of precipitation hardening is required. In aluminum-silicon casting alloys, sufficient hardness can be developed with magnesium above 0.25% or copper above 1.5%, or a combination of both. Keeping the Mg and Cu as low as practical is important because higher levels result in the formation of soluble intermetallic elements, which reduce casting quality and compromise the heat treatment process described above by blocking initial melting.
Darüber hinaus müssen der Volumenanteil, die Größe und die Verteilung der unlöslichen Hartphasen sowohl des eutektischen Siliziums als auch der intermetallischen Elemente an einer engen Toleranzstufe gemessen werden. Dies wird durch eine chemische Modifikation erreicht, um den lokalen Erstarrungsbedingungen während des primären Gießverfahrens zu entsprechen. Der Volumenanteil dieser Phasen wird durch nachfolgende thermische Verarbeitung nicht verändert; lediglich die Form und Größe, weshalb es vorteilhaft ist, die richtige Menge in der anfänglichen Mikrostruktur zu erzeugen. Bei Hochtemperaturanwendungen beinhaltet die Legierung Silizium in einer Menge zwischen 5,0 % und 17,0 Gew.-%, Eisen in einer Menge zwischen 0,0 % und 0,9 Gew.-%, Mangan in einer Menge zwischen 0,0 % und 1,0 Gew.-%, Chrom in einer Menge zwischen 0,0 % und 0,3 Gew.-% und Nickel in einer Menge zwischen 0,0 % und 2,0 Gew.-%.In addition, the volume fraction, size and distribution of the insoluble hard phases of both eutectic silicon and intermetallic elements must be measured to a close tolerance level. This is achieved through chemical modification to match the local solidification conditions during the primary casting process. The volume fraction of these phases is not changed by subsequent thermal processing; just the shape and size, which is why it is beneficial to create the right amount in the initial microstructure. For high temperature applications, the alloy contains silicon in an amount between 5.0% and 17.0% by weight, iron in an amount between 0.0% and 0.9% by weight, manganese in an amount between 0.0% and 1.0% by weight, chromium in an amount between 0.0% and 0.3% by weight and nickel in an amount between 0.0% and 2.0% by weight.
Anschließend erzeugt die Optimierung des Wärmebehandlungsverfahrens die Größe, die Form und den Volumenanteil der unlöslichen Hartteilchen, die für die Anwendung spezifiziert sind. Kommerzielle Legierungen können eine verbesserte Temperaturfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen, wenn sie nicht lösungsbehandelt worden sind, da ein erheblicher Anteil der Hartphasen löslich ist und somit während der Lösung verschwinden kann. Darüber hinaus wurden aktuelle Lösungsbehandlungsverfahren optimiert, um die eutektische Siliziumgröße zu minimieren und die Duktilität zu maximieren. Für eine erhöhte Temperaturfestigkeit sind jedoch etwas größere Teilchengrößen erforderlich. Somit ist eine Unterlösung, die eine Legierung mit einer ziemlich guten morphologischen Kontrolle der unlöslichen intermetallischen Elemente bei einem optimalen Volumenanteil behandelt, eines der möglichen Verfahren, die verwendet werden können. Alternativ dazu kann eine überkritische Lösungsbehandlung durch Einstufung der Temperatur auf Pegel, die es dem eutektischen Silizium ermöglichen, über das Minimum hinauszuwachsen, während die unlöslichen intermetallischen Phasen gleichzeitig verfeinert und sphäroidisiert werden, ein weiteres mögliches Verfahren darstellen. Sobald die Form und Größe der Hartteilchen durch das Lösungsbehandlungsverfahren definiert sind, wird sich die nachfolgende thermische Belastung während des Alterns und im Betrieb nur geringfügig auf die Eigenschaften auswirken. Daher sind die Aufrechterhaltung einer stabilen Struktur und die Eigenschaften, die die minimale Härte und Festigkeit festlegen, das Ziel des Verfahrens, sobald die Aushärtungsausscheidungen inkohärent geworden sind.Subsequent optimization of the heat treatment process produces the size, shape and volume fraction of insoluble hard particles specified for the application. Commercial alloys can exhibit improved temperature strength at elevated temperatures if they have not been solution treated because a significant proportion of the hard phases are soluble and thus can disappear during solution. Additionally, current solution treatment processes have been optimized to minimize eutectic silicon size and maximize ductility. However, slightly larger particle sizes are required for increased temperature resistance. Thus, a sub-solution that treats an alloy with fairly good morphological control of the insoluble intermetallic elements at an optimal volume fraction is one of the possible processes that can be used. Alternatively, supercritical solution treatment by scaling the temperature to levels that allow the eutectic silicon to grow beyond the minimum while simultaneously refining and spheroidizing the insoluble intermetallic phases may represent another possible method. Once the shape and size of the hard particles are defined by the solution treatment process, subsequent thermal loading during aging and service will have little effect on the properties. Therefore, maintaining a stable structure and the properties that determine the minimum hardness and strength are the goal of the process once the curing precipitates have become incoherent.
Legierungszusammensetzung, Gießverfahren und Wärmebehandlungsverfahren werden gesteuert, um ein Aluminiumgussteil mit unlöslichen intermetallischen Phasen zu bilden, die raffiniert und sphäroidisiert sind. Obgleich die intermetallischen Phasen primär eisenbasiert sind, können dieselben Mn, Cr, Ni usw. als geringfügige Verunreinigungen enthalten. Die intermetallischen Phasen sind bei weniger als 2 bis 3 Volumenprozent für Anwendungen enthalten, die eine Raumtemperaturzähigkeit oder 6 bis 10 Volumenprozent für Anwendungen mit hoher Steifigkeit erfordern. Die eutektische Siliziumphase wird über die minimale Teilchengröße hinweg stabilisiert und durch Fragmentierung von unmodifizierten Strukturen oder Agglomeration modifizierter Strukturen sphäroidisiert. Die Größe der Hartteilchen liegt idealerweise zwischen 50 und 110 Mikrometer (äquivalenter Kreisdurchmesser
Somit zeigen Tabelle 3 Legierungszusammensetzungen für verschiedene Anwendungen; einschließlich mittlerer oder hoher Temperatur und hoher oder niedriger Zähigkeit. Thus, Table 3 shows alloy compositions for various applications; including medium or high temperature and high or low toughness.
Neben den Zusammensetzungsrichtlinien von Tabelle 3 beinhaltet Tabelle 4 Richtlinien für optimale Mikrostrukturmerkmale für jede der Anwendungen. Tabelle 4: Ideale Mikrostruktureigenschaften für mittlere oder hohe Temperaturen, niedrige oder hohe Zähigkeitsanwendungen.
Während die besten Ausführungsweisen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, mit denen die Erfindung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Ansprüche praktisch umgesetzt werden kann.While the best modes of carrying out the invention have been described in detail, those skilled in the art familiar with the art described herein will recognize various alternative designs and embodiments by which the invention may be practiced within the scope of the claims set forth below.
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